Gigantic Porphyrinic Cages

Jaehyoung Koo, Ikjin Kim, Younghoon Kim, Dasol Cho, In-Chul Hwang, Rahul Dev Mukhopadhyay, Hayoung Song, Young Ho Ko, Avinash Dhamija, Hochan Lee, Wooseup Hwang, Seungha Kim, Mu-Hyun Baik*, and Kimoon Kim*

최근 바이러스나 단백질의 구조가 합성되는 원리를 탐구하기 위해 자기조립을 통한 다면체를 합성하는 연구가 많은 관심을 받고 있다. 그러나 거대한 다면체를 합성하는 것은 상당히 도전적인 일이며, 그로 인해 합성 및 그 응용연구에 한계가 있었다. 연구진은 구성분자들의 각도, 길이 등의 정밀한 디자인을 통해 약 5.3 nm의 외부 직경을 갖는 육팔면체(cuboctahedron) 모양의 다면체를 합성하는데 성공했다. 이 다면체는 네 개의 아민기가 도입된 포피린 분자(1) 12개와, 120도의 굽은 각도를 갖는 다이알데하이드 분자(2) 24개, 총 36개의 구성 분자들로 이루어 졌으며, 지금껏 보고된 유기 다공성 케이지 중에서 가장 크고 가장 많은 구성 분자로 이루어진 물질이다. 나아가 포피린 분자를 활용한 촉매로의 높은 활성을 보였으며, 케이지 내부에 약 4 nm 길이의 분자를 저장함으로써 향후 약물전달체 등으로 활용 가능함을 보였다. 이 연구 결과는 저명 국제학술지 Cell의 자매지인 Chem에 게재되었다.

 

Due to the existing challenges in the syntheses of covalently-linked large organic cages, the potential benefits of such gigantic structures have comparatively been less explored. Here we present a one-pot, template-free strategy to construct porphyrin-based gigantic organic cages P12L24, built with 12 square-shaped porphyrins (P) and 24 bent linkers (L). Single crystal X-ray analysis of P12L24 revealed a cuboctahedron structure with a diameter of ~5.3 nm reminiscent of the COPII protein with a cuboctahedral geometry. To the best of our knowledge, it represents the largest, pure organic synthetic cage reported so far. By virtue of its large voids facilitating mass transport of substrates, 3a efficiently catalyzes the photooxidation of dihydroxynaphthalene derivatives in a heterogeneous setting, corroborating the benefits of these structures. Additionally, we demonstrate the insertion of a linear guest molecule into Zn-metallated cage Zn-3b in solution, which may facilitate the synthesis of multivariate gigantic cages in the future.

 

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(20)30523-4